CN102127275A - 一种阻燃pvc泡沫塑料板用组合物及其制品与制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阻燃PVC泡沫塑料板用组合物以及由双螺杆挤出法生产的阻燃PVC泡沫塑料板。其成分包括如下重量份的组分：聚氯乙烯100，聚丙烯酸酯共聚物5～25，氯化聚乙烯0～30，氯化聚氯乙烯0～30，阻燃抑烟剂20～70，增塑剂0～5；另外还包括树脂熔体补强剂及发泡剂、润滑剂或稳定剂等添加剂。由此生产的阻燃PVC泡沫塑料板，经上海市建筑材料及构件质量监督检验站和火灾科学国家实验室（合肥，中国科大）检测：氧指数≥32，烟密度等级≤75，平均燃烧时间≤30s，热释放速率＜250W/g，导热系数达0.047W/m??K，符合GB/T8624-1997的B1级要求，达到UL-94的V-0级标准。

Description

一种阻燃PVC泡沫塑料板用组合物及其制品与制备方法
技术领域
本发明涉及一种保温材料，具体涉及一种阻燃PVC泡沫塑料板用组合物及其制品与制备方法，可用于建筑外墙保温和交通工具的保温、隔热及防震。
背景技术
为了缓解能源紧缺的压力，推广节能建筑是被世界各国所重视的节约能源措施之一。在建筑中，外围结构是直接接触自然界的，受外界影响最大，其能量损耗也最为明显，所以建筑外围结构保温成为建筑节能中最常用及最有效的方法。
目前，我国建筑外墙保温所用材料主要有聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)和酚醛泡沫(PF)等有机材料，以及岩棉、玻璃棉等无机材料。无机保温材料(如纤维保温材料有粉尘和细小纤维)既污染空气又易滋生细菌，对人身健康易造成危害。有机保温材料在燃烧时受热分解，与空气发生强烈的氧化反应，所产生的自由基又产生连续的链锁反应。燃烧的同时产生大量有毒黑烟，熏人呛人。据有关调查结果显示，在高层建筑火灾中造成死亡和受伤的人员中，有80％～85％是因火灾现场的浓烟和毒气所致。例如，PS保温材料在燃烧时会释放大量黑烟，使人窒息而死；PU保温材料燃烧时会产生剧毒气体HCN，空气中仅含6.8ppm的HCN气体就可使人在几秒内死亡。因此，只有杜绝了易燃、危险的保温材料在建筑外墙上使用，才能从源头上遏制重大火灾事故的发生。酚醛泡沫PF，虽然低毒、难燃，但剪切强度不高，易碎、表面易掉渣，要做许多改进工作。
基于上述原因，本发明将聚氯乙烯制成泡沫塑料用作建筑外墙保温和交通工具的保温和防震，阻燃和抑烟是需要同时考虑的因素，同时还需要具有强度高和比重轻等特点。由于聚氯乙烯本身具有一定的阻燃性，其氧指数大于42％，通常聚氯乙烯本身不会燃烧，但是其分解温度低、熔体强度低，因此若将聚氯乙烯制成泡沫塑料，必须加入增塑剂和稳定剂，否则难以加工成型。但是，通常使用的增塑剂大多易燃，如丙烯酸酯类共聚物(ACR)的氧指数就只有17％，因此还需添加大量的阻燃剂。而大多数阻燃剂都价格昂贵，抑烟效果并不理想，并且这些助剂的添加使得聚氯乙烯泡沫塑料的比重很难做到0.5g/cm3以下。例如：中国专利99112256公开的一种难燃PVC工业壁板，以PVC和CPE为树脂、以DOP为增塑剂、以MoO3为稳定剂，以硼酸锌和氢氧化铝为阻燃剂，并添加其他润滑剂和填充剂，经过高速捏合、造粒、挤出成型制成。该专利中未提及发泡技术，并且所得制品的密度高达0.65～1.20g/cm3。又如：任智文等的“煤矿用阻燃抗静电聚氯乙烯板材的研制”(甘肃科技，2008，37(3)：41-42)，采用在PVC、CPE和ACR中掺加碳粉等导电材料，以防静电积聚；将制得的板材替代木板用于矿井中，其中也没有提及发泡技术。中国专利CN101081540“一种宽幅木塑发泡门和板材的制造方法”，其中涉及的材料包括PVC、CPE和ACR以及木粉和AC发泡剂，采用模料混合、颗粒制造，挤出板材经冷却、真空定型制成木塑发泡门。该专利中使用了大量的木粉，没有提及该木塑发泡门的阻燃等级和产品的比重，并且其公开的挤出和口模的工艺条件从理论上看难以成材。
如上所述，将聚氯乙烯制成泡沫塑料保温材料，需要在解决其发泡技术的同时，实现其阻燃性和抑烟性，并同时需保持其一定的强度和较轻的密度。而目前已有文献和现有技术中均未见可解决这些技术问题的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于克服以上现有技术的不足，提供一种阻燃PVC泡沫塑料板用组合物及其制品。所制得的阻燃PVC泡沫塑料板具有离火即熄、不会延燃滴落、燃烧时基本不产生黑烟并且比重较轻等特点；此外，该泡沫塑料板还具有一定的强度，不会掉渣、收缩率低。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种阻燃PVC泡沫塑料板用组合物，包括如下重量份的组分：
Figure BDA0000050535130000021
Figure BDA0000050535130000031
其中，氯化聚乙烯和氯化聚氯乙烯不同时为0。
所述聚氯乙烯(PVC)，优选型号为SG-700或SG-800的聚氯乙烯。所述氯化聚乙烯(CPE)优选型号135A或135B的氯化聚乙烯。所述氯化聚氯乙烯(CPVC)优选含氯量为80wt％的氯化聚氯乙烯。
所述聚丙烯酸酯共聚物(ACR)是甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸酯和其它单体的共聚物，其分子量为200万-300万，优选型号为530的聚丙烯酸酯共聚物。优选的，以100重量份的聚氯乙烯为基准，所述聚丙烯酸酯共聚物的用量为10～20重量份。本发明在PVC中添加分子量很高的ACR，可以改善PVC的熔融性能和熔体强度，有利于PVC的发泡；若选用分子量很低的ACR，则一方面PVC发泡后的强度低，另一方面，发泡产生的泡孔不够细小均匀，闭孔率低。另外，在PVC中添加的CPE和/或CPVC可以调节体系的阻燃性。
优选的，以100重量份的聚氯乙烯为基准，所述增塑剂的用量为1～5重量份。所述增塑剂选自环氧大豆油或磷酸酯中的一种。当增塑剂选用环氧大豆油时，以100重量份的聚氯乙烯为基准，所述环氧大豆油的用量为1～3重量份；当增塑剂选用磷酸酯时，以100重量份的聚氯乙烯为基准，所述磷酸酯的用量为1～5重量份，优选为3～5重量份。
较佳的，所述增塑剂选用环氧大豆油，优选其型号为E50。
较佳的，所述磷酸酯为三苯基磷酸酯(TPP)、三(β-氯乙基)磷酸酯(TCEP)和三(1，3-二氯丙基)磷酸酯(TDCPP)中的一种或多种。本发明在上述组合物中添加的磷酸酯，在燃烧过程中会生成聚偏磷酸；由于聚偏磷酸挥发性低，会覆盖于聚合物的表面，并具其有极强吸水性，使聚合物脱水成炭化层，隔绝空气，阻止进一步燃烧。
优选的，以100重量份的聚氯乙烯为基准，所述阻燃抑烟剂的用量为50～70重量份。
较佳的，所述阻燃抑烟剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、氧化钼或氧化锑中的一种或多种的复合；优选为氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或两种的复合；进一步优选为氢氧化铝。本发明在上述组合物中添加的Al(OH)3和Mg(OH)2，受热分解产生的水分可以降低热量，并降低燃烧速度，起到阻燃作用，同时Al(OH)3和Mg(OH)2可与PVC分解产生的HCl气体反应，起到抑烟作用。
优选的，以100重量份的聚氯乙烯为基准，所述树脂熔体补强剂的用量为10～15重量份。
较佳的，所述树脂熔体补强剂为无机晶须化合物，选自钛酸钾晶须、石膏纤维和硅石灰中的一种或两种的复合；优选为石膏纤维。所述无机晶须化合物的长径比大于20∶1。由于这些无机晶须化合物具有较大的晶须长径比(如有些晶须的长径比高达80∶1)，有利于增加树脂熔体强度和泡孔的尺寸稳定性，使得发泡产生的泡孔细小、均匀，也可以增加产品的力学强度。
进一步的，上述阻燃PVC泡沫塑料板用组合物中还可以包括其它添加剂，如还包括发泡剂、润滑剂或稳定剂中的一种或多种。
较佳的，所述发泡剂选自碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺(AC)或其组合，且以100重量份的聚氯乙烯为基准，发泡剂的用量为2.5～4重量份。
较佳的，所述润滑剂选自硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸或氧化聚乙烯(OPE)中的一种或多种，且以100重量份的聚氯乙烯为基准，润滑剂的用量为2-4.8重量份。
较佳的，所述稳定剂选自三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅或其组合，且以100重量份的聚氯乙烯为基准，稳定剂的用量为3～7重量份。
本发明还进一步公开了由上述组合物所制成的阻燃PVC泡沫塑料保温板。
较佳的，所述阻燃PVC泡沫塑料保温板由双螺杆挤出法制成。所述双螺杆挤出法包括以下步骤：
1)将阻燃抑烟剂、增塑剂和树脂熔体补强剂于80～90℃搅拌均匀；再加入聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯和丙烯酸酯类共聚物，于110～120℃搅拌均匀；最后加入发泡剂、润滑剂和稳定剂，混合均匀；
2)将步骤1)所得物料由喂料螺杆注入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机挤出的发泡材料经成型、定型后，再截切，得到阻燃PVC泡沫塑料保温板成品。
较佳的，步骤2)中，所述双螺杆挤出机的各区段温度为：一区140℃，二区150℃，三区150℃，四区165℃，五区180℃，口模170℃。
本发明所制得的上述PVC阻燃泡沫塑料保温板，经上海市建筑材料及构件质量监督检验站和火灾科学国家实验室(合肥，中国科大)检测：按GB/T2406.1-2008《塑料用氧指数法测定燃烧行为》”检测，其氧指数可达41.9(标准≥32)；按GB/T8607-2007《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》测试，烟密度等级≤34(标准≤75)；按GB/T8333-2008《硬质泡沫塑料燃烧性能试验方法垂直燃烧法》检测，其平均燃烧时间≤10s(标准≤30s)，平均燃烧高度≤80mm(标准≤250mm)，热释放速率小于83.7W/g(标准小于250W/g)，导热系数达0.047W/m·K。各项性能参数均大大高于国家标准，符合GB/T8624-1997的B1级要求，达到UL-94的V-0级标准。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
下列各实施例中的阻燃PVC泡沫塑料保温板的制备方法如下：
将阻燃抑烟剂、增塑剂和树脂熔体补强剂于80℃高速搅拌均匀；再加入聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯和丙烯酸酯类共聚物，于110℃高速搅拌10min，再慢速搅拌，加入发泡剂、润滑剂和稳定剂，搅拌10-20min；将上述物料由喂料螺杆注入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的各区段温度为：一区140℃，二区150℃，三区150℃，四区165℃，五区180℃，口模170℃；出口模的发泡料经成型、定型后，再截切、包装，得到阻燃PVC泡沫塑料保温板成品。
实施例1
阻燃PVC泡沫塑料板用组合物配方如下：
Figure BDA0000050535130000051
Figure BDA0000050535130000061
将该组合物按上述方法制成泡沫塑料保温板后，经检测产品阻燃性好，燃烧时产生黑烟较少。
实施例2
阻燃PVC泡沫塑料板用组合物配方如下：
Figure BDA0000050535130000062
将该组合物按上述方法制成泡沫塑料保温板后，经检测产品阻燃性好，离火即熄，没有黑烟，只有少量青烟黄烟。在喷灯下热失重最少(6％/30s)。
实施例3
阻燃PVC泡沫塑料板用组合物配方如下：
Figure BDA0000050535130000063
Figure BDA0000050535130000071
将该组合物按上述方法制成泡沫塑料保温板后，经检测产品阻燃性好，离火即熄，没有黑烟。在喷灯下热失重较少(7％/30s)。
实施例4
阻燃PVC泡沫塑料板用组合物配方如下：
Figure BDA0000050535130000072
将该组合物按上述方法制成泡沫塑料保温板后，经检测产品阻燃性好，离火即熄，没有黑烟。在喷灯下热失重较少(7％/30s)。
实施例5
阻燃PVC泡沫塑料板用组合物配方如下：
Figure BDA0000050535130000081
将该组合物按上述方法制成泡沫塑料保温板后，经检测产品阻燃性好，离火即熄，有黑烟。在喷灯下热失重较少(8％/30s)。
实施例6
阻燃PVC泡沫塑料板用组合物配方如下：
Figure BDA0000050535130000082
Figure BDA0000050535130000091
将该组合物按上述方法制成泡沫塑料保温板后，经检测产品阻燃性好，离火即熄，没有黑烟。在喷灯下热失重较少(7％/30s)。
上述实施例所制得产品，按GB/T2406.1-2008塑料用氧指数法测定燃烧行为》”检测，其氧指数可达41.9；按GB/T8607-2007《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》测试，烟密度等级≤34；按GB/T8333-2008《硬质泡沫塑料燃烧性能试验方法垂直燃烧法》检测，其平均燃烧时间≤10s，平均燃烧高度≤80mm，热释放速率小于83.7W/g，导热系数达0.047W/m·K。各项性能参数均大大高于国家标准，符合GB/T8624-1997的B1级要求，达到UL-94的V-0级标准。
对比例1
阻燃PVC泡沫塑料板用组合物配方如下：
Figure BDA0000050535130000092
Figure BDA0000050535130000101
将该组合物按上述方法制成泡沫塑料保温板后，经检测产品阻燃性尚可，离火即熄，但黑烟较多。
对比例2
阻燃PVC泡沫塑料板用组合物配方如下：
Figure BDA0000050535130000102
将该组合物按上述方法制成泡沫塑料保温板后，经检测产品阻燃性不好，离火还可燃烧10s，黑烟很多。

Claims (10)

1.一种阻燃PVC泡沫塑料板用组合物，包括如下重量份的组分：
Figure FDA0000050535120000011
其中，氯化聚乙烯和氯化聚氯乙烯不同时为0。
2.如权利要求1所述的阻燃PVC泡沫塑料板用组合物，其特征在于，所述聚丙烯酸酯共聚物的分子量为200万-300万。
3.如权利要求1所述的阻燃PVC泡沫塑料板用组合物，其特征在于，所述增塑剂选自环氧大豆油或磷酸酯中的一种。
4.如权利要求3所述的阻燃PVC泡沫塑料板用组合物，其特征在于，所述磷酸酯选自三苯基磷酸酯、三(β-氯乙基)磷酸酯和三(1，3-二氯丙基)磷酸酯中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的阻燃PVC泡沫塑料板用组合物，其特征在于，所述阻燃抑烟剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、氧化钼或氧化锑中的一种或多种的复合。
6.如权利要求1所述的阻燃PVC泡沫塑料板用组合物，其特征在于，所述树脂熔体补强剂为无机晶须化合物，选自钛酸钾晶须、石膏纤维和硅石灰中的一种或两种的复合。
7.如权利要求1-6中任一所述的阻燃PVC泡沫塑料板用组合物，其特征在于，还包括发泡剂、润滑剂或稳定剂中的一种或多种。
8.如权利要求7所述的阻燃PVC泡沫塑料板用组合物，其特征在于：
所述发泡剂选自碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺或其组合，且以100重量份的聚氯乙烯为基准，发泡剂的用量为2.5～4重量份；
所述润滑剂选自硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸或氧化聚乙烯中的一种或多种，且以100重量份的聚氯乙烯为基准，润滑剂的用量为2～4.8重量份；
所述稳定剂选自三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅或其组合，且以100重量份的聚氯乙烯为基准，稳定剂的用量为3～7重量份。
9.一种阻燃PVC泡沫塑料保温板，由权利要求1-8中任一所述的阻燃PVC泡沫塑料板用组合物经双螺杆挤出法制得。
10.如权利要求9所述的阻燃PVC泡沫塑料保温板，其特征在于，所述双螺杆挤出法包括以下步骤：
1)将阻燃抑烟剂、增塑剂和树脂熔体补强剂于80～90℃搅拌均匀；再加入聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯和丙烯酸酯类共聚物，于110～120℃搅拌均匀；最后加入发泡剂、润滑剂和稳定剂，混合均匀；
2)将步骤1)所得物料由喂料螺杆注入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机挤出的发泡材料经成型、定型后，再截切，得到阻燃PVC泡沫塑料保温板成品。
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